Guía Definitiva de Tolerancias en Mecanizado CNC

Tolerancias de Mecanizado CNC

Si estás utilizando una máquina CNC, entonces la tolerancia de las piezas es algo que no puedes ignorar.

Por esa razón, esta guía explora todo lo que necesitas saber sobre las tolerancias de mecanizado CNC.

Así que sigue leyendo para mejorar la precisión y consistencia de tus piezas durante el mecanizado CNC.

¿Qué Son las Tolerancias en el Mecanizado CNC?

Figura 1 Mecanizado CNCMecanizado CNC

La tolerancia es un nivel de desviación dimensional en las piezas mecanizadas CNC con respecto a la medida original. De hecho, también la podemos llamar precisión dimensional.

Eso significa que podemos usarla para expresar el límite dimensional mínimo y máximo de la pieza. Teniendo esto en cuenta, la pieza se considera dentro de la tolerancia.

Tipos Comunes de Tolerancias en el Mecanizado CNC

Un vistazo rápido a algunos ejemplos comunes incluye;

· Tolerancias Generales

Este tipo de tolerancia es típicamente útil cuando se aplica en partes geométricamente cilíndricas o circulares. Agrupamos sus tolerancias estándar en cuatro dimensiones centradas en su rango.

Los límites de tolerancia son finos, medianos, gruesos y muy gruesos. Normas internacionales como EN 2286 e ISO 286 definen el rango de límite de tolerancia de las dimensiones.

· Tolerancias Unilaterales

Como su nombre sugiere, solo una dirección de la pieza puede tener una tolerancia. Esta variación puede ser mayor o menor que el tamaño real de la pieza.

Tomemos un ejemplo de una barra de metal que debe ser mecanizada para encajar en un producto. Sin duda, tendremos una barra de metal fuera del rango dimensional incluso por una fracción de un mm si no está mecanizada correctamente.

Estos errores pueden evitarse fácilmente asegurando tolerancias unilaterales adecuadas. Entonces sí, permitir una desviación máxima de 0,05 mm le otorga un rango de tolerancia de 45+0,00/-0,05 mm.

Te das cuenta, después de hacer las cuentas, que 45 mm y 44,95 mm son los valores de diámetro máximo y mínimo permitidos para el eje. La ventaja de todo esto es la facilidad de inspeccionar la pieza.

La clave aquí es tener un valor superior fijo con dimensiones que varían en un lado. Ahora puedes aumentar la velocidad de inspección estandarizando un calibre, ¿simple verdad?

· Tolerancias Bilaterales

Aquí tienes una explicación sencilla de este concepto complicado. La clave aquí es que la medida final de la pieza varíe en el perfil real o en el lado nominal.

Piénsalo. Tener una tolerancia bilateral de 45+0,05/-0,05 mm simplemente implica un mínimo de 45,05 mm y un valor máximo de 44,95 mm.

¿Qué implica esto? Que el valor nominal utilizado es de 45 mm.

· Tolerancias de Límite

Para una dimensión, su valor máximo y mínimo forman la tolerancia de límite. Esto significa que cuando la pieza se une al producto final, estos valores encajarán exactamente en los puntos de contacto designados del componente.

Un ejemplo es una dimensión con una tolerancia de límite de 10 a 10,5 mm. Como regla general, estos dos límites son donde yacerán los valores finales.

Consideraciones al Determinar las Tolerancias del Mecanizado CNC

Seguimos un grado de producto general en caso de que un cliente no especifique ciertas tolerancias.

No es necesario hacer todo elegante y todo. La clave es crear un buen producto con costos mínimos de retrabajo.

Aquí está la parte interesante. Conocer las características que consideramos críticamente antes de decidirnos por las tolerancias de mecanizado CNC.

Figura 2 Tolerancia de mecanizado CNC

Tolerancia de mecanizado CNC

· Elección de tolerancia ajustada

En algunas situaciones, necesitamos especificar al fabricante el nivel de estrechamiento de la varianza. Esta es una gran idea cuando estamos tratando con prototipos que necesitan un mecanizado perfecto para pruebas.

También requerimos el mecanizado CNC al producir componentes eléctricos. Esto se debe a su capacidad de funcionar dentro del margen de error mínimo de +/-0.0005.

· Costo de requisitos ajustados

Asociamos gastos elevados con solicitudes de tolerancias más ajustadas más allá de los 0.1 mm básicos. La explicación más simple que podemos dar es la estrictas acciones necesarias para cumplir con los estándares.

Además de eso, tenemos fabricantes que carecen de Máquinas CNC con la precisión requerida. Cuando usamos equipos costosos, es de alta calidad con soporte para variaciones más bajas.

· Inspección

¿Por qué es necesaria una inspección después de que maquinamos una pieza usando CNC? Es simplemente nuestra base para las Políticas de Aseguramiento de Calidad.

El principal inconveniente que tenemos con tolerancias innecesarias es la cantidad de recursos necesarios para la inspección. El peor escenario es tener fabricantes sin el grado requerido de máquinas de inspección.

Dimensionamiento geométrico y tolerancia (GD&T) en mecanizado CNC

Figura 3 GD&TGD&T

Cuando pensamos fuera de lo común, definir Dimensionado Geométrico y Tolerancia parece diferir del resto. En realidad no podemos usarlo en la dimensión base para definir variaciones específicas.

Por el contrario, utiliza especificaciones para ayudarnos a indicar las tolerancias. Dicho esto, definimos la característica geométrica de un componente utilizando símbolos en GD&T.

Es una forma realmente genial de expresar la referencia de datum de las piezas, su tolerancia y modificadores. De hecho, te sorprenderás por la facilidad de estas especificaciones codificadas una vez que hayas aprendido todos los símbolos.

Cómo el tipo de material afecta las tolerancias de mecanizado CNC

La tolerancia puede ser un dolor de cabeza, pero la elección del material puede aliviar mucho eso. Tenemos ciertas características en los materiales que determinan su nivel de tolerancia alcanzable.

Profundicemos en algunas de estas características en detalle;

· Estabilidad térmica

¿La estabilidad térmica realmente afecta a los metales en la tolerancia de mecanizado CNC? Sí, lo hace, pero con un impacto muy mínimo en comparación con los no metales.

Un ejemplo práctico es la acumulación de calor durante el mecanizado que conduce a la deformación del material. Ciertamente, el proceso donde la pieza es aplicable ya está restringido por esta deformidad.

· Abrasividad

Cuando realizamos el mecanizado CNC en piezas rígidas, la herramienta de corte se desgasta bastante rápido. Eso significa que lograr tolerancias específicas es una tarea difícil.

Específicamente, el inconveniente de todo esto es la precisión reducida debido a variaciones en la herramienta de corte. Una vez más, nos vemos obligados a cambiar regularmente la herramienta de corte cuando mecanizamos materiales abrasivos.

· Dureza

Cuando se trata de tolerancias, los materiales rígidos y duros las logran con facilidad en comparación con los materiales blandos. Esto significa que tomaremos más tiempo de procesamiento para tolerar las piezas blandas.

De esta manera, se reducen las posibilidades de cambiar las dimensiones de la pieza después del contacto con la herramienta. Ahora definitivamente tienes una herramienta con tolerancia impecable.

Consejos para lograr tolerancias más ajustadas en el mecanizado CNC

Figura 4 Partes metálicas de mecanizado CNC

Partes metálicas de mecanizado CNC

Cuando mecanizamos piezas, es prácticamente imposible que carezcamos de algún tipo de variación. No se equivoquen, se necesita mucha precisión para lograr una pieza genial.

Las tolerancias más ajustadas están actualmente en auge en el mecanizado CNC. Solo hay un problema, el costo adicional.

Afortunadamente, podemos compensar y tener en cuenta de manera rentable el costo adicional mediante diferentes enfoques. Las estrategias beneficiosas incluyen;

· Considerar la inspección final en el diseño

Primero, medir tolerancias en piezas difíciles es una tarea difícil y desalentadora. Sí, es posible, pero necesitaremos equipos especializados para la precisión.

De hecho, las piezas que contienen características más pequeñas son las más difíciles cuando las fabricamos e inspeccionamos. Afortunadamente, el conjunto adecuado de herramientas puede garantizar tolerancias ajustadas con inspección y medición precisas.

· Optimización de tolerancias de piezas para aplicaciones específicas

Podemos garantizar un ajuste adecuado al tener desviaciones mínimas. Tenemos una tolerancia permitida para diferentes materiales durante el mecanizado CNC (+/- 0.05 mm para metal y +/- 0.010 mm para plásticos).

Si optamos por tolerancias más estrictas, entonces el costo de producción definitivamente aumentará. Podemos limitarlo solo a las superficies de los componentes necesarios mientras cumplimos con los requisitos de diseño.

Eso significa que hemos mitigado costos adicionales. Sin embargo, optamos por tolerancias estándar si la necesidad de tolerancias ajustadas es un lujo.
### · Considerar la perpendicularidad y la paralelismo
Definitivamente debemos priorizar estos dos especialmente cuando estamos tratando con múltiples componentes. El punto clave es que cualquier ligero desalineamiento empeora con el tiempo.

Esto tiende a menoscabar la credibilidad y viabilidad de la pieza con el tiempo. Eso significa que la calidad de la pieza también será inferior.
### · Alinear la mecanización del material con las expectativas de tolerancia
Normalmente, diseñamos piezas para proporcionar propiedades específicas basadas en el material. Podemos ver cómo las ventajas funcionan de maravilla en la aplicación final.

Sin embargo, debemos considerar cómo la mecanización de la pieza se ve afectada por tales propiedades. Básicamente, los materiales más blandos tienden a tener dificultades para mantener tolerancias más ajustadas.

Esto se debe al bajo dureza que poseen. Por el contrario, es muy difícil fresar acero endurecido en comparación con plásticos.
## Factores que afectan las tolerancias de mecanizado CNC
Las tolerancias normalmente aseguran que creemos piezas personalizadas y precisas. Pero algunos factores pueden reducirlas significativamente.

Analizamos algunos factores que impactan las tolerancias
### · Costo
Para empezar, las tolerancias más ajustadas resultan en costos más elevados. Podemos tener tolerancias precisas pero no tan ajustadas como una forma de recortar costos.
### · Método de mecanizado
Hay un factor principal que debemos tener en cuenta al manejar la tolerancia… el método de mecanizado. Dicho esto, es más fácil si seleccionamos métodos que son más precisos que el resto para obtener un producto final de calidad.
### · Acabados y recubrimientos
Tenemos que tener en cuenta que los acabados y recubrimientos agregan trozos y piezas de material en la superficie de la pieza. Así que sí, alteran las dimensiones de la pieza de tal manera que se requiere una tolerancia diferente.
## Tolerancias desiguales en el mecanizado CNC
A diferencia de las tolerancias normales, este tipo de tolerancia es realmente contrastante. Esto significa que varían del perfil real permitido de manera desigual en direcciones opuestas.

Indicamos los límites direccionales en las especificaciones de cada pieza. Por ejemplo, podemos tener límites superiores e inferiores como 5.99 o 6.09.

De cualquier manera, el aspecto más importante es uno. Que la distribución de los límites inferior y superior no sea igual a las dimensiones dadas.
## Comprensión del Grado de Tolerancia Internacional (IT) en el mecanizado CNC
En pocas palabras, es la diferencia máxima de tamaño entre una pieza y su tamaño básico. Usamos esto para mejorar la precisión de las piezas preformadas.

Además, podemos usarlo en piezas con roscas y superficies contorneadas. Estas piezas suelen ser simétricas y giratorias por naturaleza.
## Cómo se compara la desviación inferior con la desviación superior en las tolerancias de mecanizado CNC
La desviación superior, en pocas palabras, es la diferencia entre el tamaño básico de una pieza y su tamaño máximo. Por otro lado, la desviación inferior es básicamente la diferencia entre el tamaño básico de un componente y su tamaño mínimo alcanzable.

Figura 5 Configuración de la máquina CNCConfiguración de la máquina CNC

## Cómo el tipo de mecanizado afecta las tolerancias de mecanizado CNC
Las tolerancias se ven muy afectadas por los métodos de mecanizado que utilizamos. Esto se debe a que algunos métodos de mecanizado tienden a ser extremadamente precisos en comparación con otros.

Lo suficientemente seguro, en las máquinas CNC aplicamos el método de mecanizado de tornillo. Básicamente, alimentamos una pieza usando un árbol de levas a través de un casquillo guía.

De esta manera, la pieza se mueve alrededor de la herramienta en lugar del otro camino. Esto significa que hemos permitido una precisión extrema al reducir la deflexión y vibración de la pieza.

Podemos utilizar este método completamente en partes de plástico fenólico. Su tolerancia dimensional tremendamente grande asegura que podamos lograr tolerancias de +/-0.05”.
## Cómo las tolerancias más ajustadas aumentan el costo de producción en el mecanizado CNC
Tener tolerancias más ajustadas es genial. Hasta que te das cuenta de que impacta tanto el costo como la calidad de la pieza.

Lo suficientemente seguro, es costoso cuando realizamos mecanizado de alta tolerancia. Esto se debe a que se requieren herramientas de mecanizado caras con el proceso funcionando a paso de tortuga.

Ahora, cuando se trata de la inspección de piezas, generalmente es un procedimiento CNC extenso y superior. Nuevamente, estamos hablando de operar en una ventana de error muy pequeña, como fracciones de milímetro.

Aun así, cuando todo está listo, la tasa de fracaso de estas piezas también inflige su buena parte de daño en el costo. Con tasas de falla tan altas, el costo de producción e inspección aumenta drásticamente.

## ISO 2768 en tolerancias de mecanizado CNC
Esta es una norma que usamos para tolerancias angulares y lineales. Su ventaja es minimizar inconsistencias al tiempo que determina las tolerancias de mecanizado promedio.
Para dibujos simplificados utilizando niveles de precisión, tenemos dos categorías principales;

· Tolerancias generales angulares y lineales

Un vistazo a esta categoría nos muestra cuatro niveles de precisión distintos. Muy desigual (v), desigual (c), medio (m), y fino (f). También podemos llamarlos en DIN ISO 2768 las cuatro clases de tolerancia.

· Tolerancia geométrica

Utilizamos esto para definir características de nivel de precisión para las clases de tolerancia H, K, y L. Tomemos un ejemplo de un dibujo de pieza etiquetado ISO 2768-mK.

La primera parte nos muestra su rango de tolerancia medio. La segunda parte nos muestra que está en la clase de tolerancia K.

Conclusión

Con la información en esta guía, ciertamente puede lograr la tolerancia de mecanizado CNC requerida.

En KDM, garantizamos un mecanizado preciso y exacto según sus requisitos y especificaciones únicos.

Más recursos:

¿Qué es el mecanizado CNC – Fuente: Thomasnet

Tolerancias de mecanizado – Fuente: Fractory

Comprendiendo las tolerancias de mecanizado en CNC – Fuente: Protolabs

Tolerancias de mecanizado – Fuente: Universal Technical Institute

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